JP4384614B2 - 積層導波路ホログラムメモリ、ホログラム再生装置及び情報記録方法 - Google Patents

Description

本発明は、積層導波路ホログラムメモリ、ホログラム再生装置及び積層導波路ホログラムメモリに情報を記録する情報記録方法に関する。

従来、体積型ホログラムメモリとして、記録すべき情報が先ず２次元的に符号化され、レーザ光などを信号光や参照光として、記録媒体（記録材料）に記録され、レーザ光などを再生光として光検出器が得た２次元的な画像が復号化等されて元の情報に再生される。
一方、体積型ホログラムメモリの短所を克服すべく、ホログラム再生画像を生成するホログラムを記録した平面型シングルモード光導波路を多層に重ねて作った再生専用の積層導波路ホログラムメモリが提案されている（特許文献１参照）。

石英やプラスチック等の板状の透明な媒質をコア層とし、それよりも低い屈折率を有する媒質で挟んだ構造のいわゆるスラブ光導波路は、コア層に光を閉じこめ、面内方向に伝搬させることができ、半導体レーザ等の光通信用の部品に応用されている。積層導波路ホログラムメモリは、この導波路を幾重にも重ね、かつ各導波路肩がホログラムを備えることを特徴としている。
図１０は、積層導波路ホログラムメモリの原理を示す図である。図１０では、積層導波路ホログラムメモリ１’の断面図が示されている。図１０に示された積層導波路ホログラムメモリ１’は、その表面から順にクラッド層ａ、コア層ａ、クラッド層ｂ、コア層ｂ、クラッド層ｃ、コア層ｃ、クラッド層ｄと積層された構造である。

クラッド層a、 b、c、dよりも屈折率が高いコア層a、ｂ、cには凹凸を形成して屈折率を変調する等の方法で形成された散乱因子により、２次元画像を再生するホログラムが記録されている。符号LBはレーザ等の光源（図示省略）から出射されたレーザ光である。レーザ光LBはレンズ２’により集光され、積層導波路ホログラムメモリ１’の端面１’Ａから入射し、コア層ｂに結合し、コア層ｂ中を導波光PBとして伝搬する。この導波光PBはコア層ｂに形成されたホログラムによって散乱され、回折光DBとして積層導波路ホログラムメモリ１’から出射し、この回折光DBによってホログラム再生画像が形成される。このホログラム再生画像をＣＣＤ等の２次元光検出器など２次元画像として取り込むことにより、コア層ｂにホログラムとして記録されている情報を読み出すことができる。

また、図中の層の移動の方向、すなわち媒体の厚さ方向にレーザ光ＬＢとレンズ２’を動かすことにより、レーザ光ＬＢを結合させるコア層を変え、それぞれのコアａ、ｃに記録されている情報を個別に読み出すことができる。
さらに、積層導波路ホログラムメモリ１’の容量を増大させるために、開口を用いたデータ多重型のホログラムメモリが提案されている（特許文献２参照）。
積層導波路ホログラムメモリと積層導波路ホログラムメモリからのホログラム再生画像を検出する光検出器の間に、積層導波路ホログラムメモリからの回折光の一部だけを透過させるマスクを配置し、開閉可能なマスクの開口部を選択的に開くことにより、コア層で多重化されたホログラムから任意のホログラム再生画像を再生できることを特徴としている。

図１１は、データ多重型の積層導波路ポログラムメモリの原理を示す図である。図１１では、データ多重型の積層導波路ホログラムメモリとそれを再生する装置の一部の断面図と上面図が示されている。積層導波路ホログラムメモリとその再生の原理については、図１０で説明したものと同様になっている。図１１の断面図では、積層導波路ホログラムメモリ１’と該メモリ１’からの回折光ＤＢから形成されるホログラム再生画像を取り込む光検出器５’との間に、回折光ＤＢを選択するマスクが配置されている様子が示されている。積層導波路ホログラムメモリ１’のコア層ａには、独立の異なるホログラム再生画像を回折するホログラムが、互いに重なり合う領域をもつ多重化方法で形成されている。

図１１の上面図では、断面図に示されている光検出器５’とマスク３’を除いた状態での、積層導波路ホログラムメモリ１’が示されている。積層導波路ホログラムメモリ１’には、コア層の全ホログラム領域で示されている領域にホログラムが形成されており、独立した異なるホログラム再生画像を回折するホログラムが、図中に単一のホログラム領域で示されている大きさの領域毎に形成されている。
積層導波路ホログラムメモリ１’の端面１’Ａから、一つのホログラム再生画像を回折するホログラム領域を覆う幅をもつ集光されたレーザ光LBが入射され、コア層ａに結合しコア層ａ中を導波光ＰＢとして伝搬する。導波光ＰＢはコア層ａに形成されているホログラムによって回折されるが、その殆どは積層導波路ホログラムメモリ１’上に配置されたマスク３’によって遮断される。

光検出器５’上のホログラム再生画像は、マスク３’に開けられた開口部４’を透過した回折光ＤＢによって形成される。ここで、再生されるホログラム再生画像は開口部４’よりも大きく、またホログラム再生画像を形成するホログラムも開口部４’よりも大きい。
以上のような方法で、コア層に独立の異なるホログラム再生画像を回折するホログラムが互いに重なり合う領域をもって形成されている積層導波路ホログラムメモリ１’から、マスク３’の開口部４’の開閉によって独立のホログラム再生画像を形成し、記録されている情報を読み出すことができる。

積層導波路ホログラムメモリ１’から再生され光検出器５’で取り込まれたホログラム再生画像は、通常、記録符号化されて画像とし表現された情報と、光検出器５’上での記録符号化された画像の位置を特定するための位置検出マークから構成される。情報を記録符号に符号化する方法と記録符号化された画像を復号化し情報を取り出す方法の詳細は特許文献３に記載されており、また位置検出マークから光検出器５’上の位置を検出する方法の詳細は特許文献４に記載されているので、ここではホログラム再生画像の構成を簡単に紹介する。

図１２は、ホログラム再生画像の例を示す図である。ホログラム再生画像（ホログラム画像）１００は、情報が記録符号化された記録符号データ１０１と記録符号データの位置を求める位置検出マーク１０２から構成される。位置検出マーク１０２は、例えば図１２に示すようなパターンの画像（例１、例２）が用いられ、ホログラム再生画像１００中で記録符号データ１０１を囲む４箇所に配置される。
また情報はビット列に分解され、ビット列は図１２に示す記録符号の画像に割り当てられ、この記録符号の画像がホログラム再生画像１００中の記録符号データ１０１の領域に配置される。ここで、ホログラム再生画像１００を取り込む光検出器上では、ホログラム再生画像は光の明暗によって形成されており、図１２では位置検出マーク１０２と記録符号の黒い部分が光の明るい部分を示す。

再生時には、光検出器で取り込まれたホログラム再生画像１００から、先ずパターンマッチなどで位置検出マーク１０２が検出され、取り込まれたホログラム再生画像１００中の記録符号データ１０１の位置が検出される。
次に記録符号データ１０１が復号化され、記録されている情報を表すビット列が取り出され、記録されている情報を読み出すことができる。
特許第３３２３１４６号明細書 特開２００１−２１００８８号公報 特開２００２−３６６０１４号公報 特開２００３−１５０８９８号公報

ところで、開口を用いた多重化方法では、独立して情報を読み出すために、情報に応じてマスクの開口部の開閉が必要になる。このマスクの開口部の開閉には、例えば２つの方法が考えられる。１つは、固定位置に開いた開口部がある板を用意し、これを前後左右に移動させマスクとして機能させる方法である。この場合、マスクの移動時間が情報のアクセス時間に大きく関わり、情報の読み出し速度を低下させる。また、マスクを移動するための物理的な領域が必要となり、情報を読み出すドライブ装置を考えた場合、マスクとマスクを移動させる領域の大きさがドライブ装置を大きくしてしまう問題点をもつ。

マスクの開口部の開閉を行うもう一つの方法は、液晶パネルを用い、液晶の切り替えにより光の透過を制御し、マスクの開口部の開閉の切り替えを行う方法である。この場合、もしホログラムメモリ全面に液晶パネルをマスクとして用いるならば、マスクを前後左右に移動させる必要なない。しかし、開口部の開閉のために液晶パネルの切り替えは必ず必要になり、情報の読み出し速度を低下させる可能性がある。
また、開口を用いた多重化方法でホログラムの多重度を上げるためには、１つの開口から再生されるホログラム再生画像を大きくすること、再生されるホログラムの大きさを変えずに開口部の大きさを小さくし開口の数を増加させること、さらにホログラム再生画像の大きさを大きくしかつ開口部の大きさを小さくし開口の数を増加させることが考えられる。

ここで光検出器の大きさの制限からホログラム再生画像をあまり大きく出来ない場合は、開口部を小さくし、開口の数を増加させる方法が有力となる。
しかしながら、開口部の大きさが小さくなると、マスク表面やホログラムメモリ表面のごみや、ホログラムメモリの傷といった外乱要因の影響を受けやすくなる。特にごみなどの外乱要因が開口部の全体を覆った時には、その開口部に対応する情報の読み出しが出来なくなり、情報の読み出し装置としての機能を果たせなくなる。

本発明は、このような事情に鑑みてなされたものであり、開口を用いたデータ多重方式において情報の読み出し速度を向上させることができ、さらに開口に対応するごみや傷などの外乱要因（欠陥）に対して、情報を欠損なく、読み出すことができるホログラムメモリ、ホログラム再生装置及び情報記録方法を提供することを目的とする。

データ多重型ホログラムメモリにおいて、記録する情報を開口単位に分割し、ホログラム再生装置のマスクの開口を同時に複数開き、光検出器上で複数のホログラム再生画像が同時に読み出すことができるように、分割した情報を開口に割り当てホログラムメモリに記録し、ホログラム再生装置では複数のマスクの開口を同時に開き、複数のホログラム再生画像を同時に読み出すことにより、情報を高速に読み出すことができる。

また、記録する情報から誤りを訂正する情報を作成し、記録する情報と誤りを訂正する情報を１組とし、その情報の組を記録する複数の開口に対して、ホログラムメモリや再生装置のマスク上のゴミや傷、すなわち、欠陥の影響が高々１開口となるように情報を物理的に離れた開口に分散してホログラムメモリに記録し、ホログラム再生装置では読み出した情報に誤りがあった場合に、複数の開口からの情報を用いて誤りを訂正し、記録している情報を読み出すことができる。

すなわち、上記目的を達成するために本発明は、導波路とホログラム再生画像の結像面の間にある面に複数並んで配置された開口を通り、各開口から独立したホログラム再生画像が結像するように複数の独立なホログラムデータを書き込んだ、スラブ型シングルモード導波路から成る積層導波路ホログラムメモリにおいて、２つ以上の開口を１組とした開口パターンを構成し、記録する情報を開ロパターン毎に分割し、該分割した情報をさらに開口パターンに属する開口単位に記録することを特徴とする。

また、本発明は、上述の積層導波路ホログラムメモリにおいて、前記開口パターンに記録する情報について、該記録する情報に誤りがあった場合に、該誤りを訂正するための情報を該記録する情報から作成し、該記録する情報と該誤りを訂正する情報を１組として開口パターンに属する開口に記録することを特徴する。

また、本発明は、上述の積層導波路ホログラムメモリにおいて、積層導波路ホログラムメモリの表面に欠陥があった時に、前記誤りを訂正する情報を用いて誤りを訂正する場合に、開口パターンに属する開口に対する欠陥の影響が高々１開口となるように同一の開口パターンに属する開口を離して配置し、その範囲で誤りを訂正することを特徴とする。

また、本発明は、上述の積層導波路ホログラムメモリにおいて、前記開口パターンに属する少なくても２つ以上の開口からのホログラム再生画像が光検検出器上で同時に再生できるように開口パターンに情報を記録することを特徴とする。

また、本発明は、上述の積層導波路ホログラムメモリから開口を選択して記録している情報を読み出す再生装置において、同一の開口パターンに属する２つ以上の開口を一度に開き、光検出器上に再生された２つ以上のホログラム再生画像から同時に情報を読み出し、記録情報を再生することを特徴とする。

また、本発明は、上述のホログラムメモリ再生装置において、請求項２に記載の積層導波路ホログラムメモリから記録している情報を読み出す再生装置において、開口パターンに属するある開口から読み出された情報に誤りがあった場合に、該開口パターンのその他の開口に記録されている記録情報と誤りを訂正する情報を用いて、該誤りがあった情報を訂正することを特徴とする。

また、本発明は、導波路とホログラム再生画像の結像面の間にある面に複数並んで配置された開口を通り、各開口から独立したホログラム再生画像が結像するように複数の独立なホログラムデータを書き込む、スラブ型シングルモード導波路から成る積層導波路ホログラムメモリの情報記録方法であって、２つ以上の開口を１組とした開口パターンを構成し、記録する情報を開ロパターン毎に分割し、該分割した情報をさらに開口パターンに属する開口単位に記録することを特徴とする。

また、本発明は、上述の情報記録方法において、前記開口パターンに記録する情報について、該記録する情報に誤りがあった場合に、該誤りを訂正するための情報を該記録する情報から作成し、該記録する情報と該誤りを訂正する情報を１組として開口パターンに属する開口に記録することを特徴する。

また、本発明は、上述の情報記録方法において、積層導波路ホログラムメモリの表面に欠陥があった時に、前記誤りを訂正する情報を用いて誤りを訂正する場合に、開口パターンに属する開口に対する欠陥の影響が高々１開口となるように同一の開口パターンに属する開口を離して配置し、その範囲で誤りを訂正することを特徴とする。

以上説明したように、本実施形態の積層導波路ホログラムメモリ、ホログラム再生装置及び情報記録方法によれば、複数の開口を１組の開ロパターンとし、開口パターンに属する複数の開口から同時に複数のホログラム再生画像が光検出器上に形成するように開口を配置し、記録する情報を開口パターン単位に分割し、さらに記録単位に分割し、分割した情報を開口毎に割り当て、画像符号化等を行い、ホログラム計算したホログラムを積層導波路ホログラムメモリに記録することで、ホログラム再生装置では、同時に複数の開口を開き、それらの開口を透過して形成されるホログラム再生画像を光検出器で同時に取り込むことができるので、開口の開閉の切り替え回数を減らすことができ、ホログラムメモリから高速に情報を読み出すことが可能となる。

また、情報の分割の方法や開口からの情報の読み出し順を変えることで、光検出器の取り込み順や信号処理の順序に応じた最適な読み出しが可能となる。
また、積層導波路ホログラムメモリやホログラム再生装置のマスクにゴミや傷など欠陥があった場合に、情報の読み取りにエラーが発生することが考えられるが、ゴミや傷の大きさがあらかじめ想定されているならば、ゴミや傷等の欠陥の影響が１組の開口パターンに属する開口への影響が高々１開口になるように、開口パターンに属する開口を配置し、積層導波路ホログラムメモリに情報を記録する際に開口パターンに属するある１つの開口にその他の開口に記録する情報から生成されるパリティを記録することで、ホログラム再生装置では、開口パターンに属するある１つの開口に対して読み出しエラーが発生しても、開口パターンに属するその他の開口の情報とパリティ情報からエラーのあった開口の情報を復元することができる。

さらに、前述の高速に読み出す方法と、エラーが発生した場合に情報を復元する方法を組み合わせることで、エラーが発生した場合の信号処理の遅延をカバーする読み出しが可能となる。もちろん、エラーが発生しない場合は高速に情報を読み出すことができる。

以下、本発明の実施形態を、図面を参照して詳細に説明する。
(第１実施形態)
本発明の第１実施形態について、図面を参照して説明する。
図１は本発明の積層導波路ホログラムメモリとその再生装置の一部の断面図と上面図を示した図である。本積層導波路ホログラムメモリ１は前記の図１１と同様の原理で再生される。すなわち、レーザ光LBはレンズ２により集光され、積層導波路ホログラムメモリ１の端面１Ａから入射し、コア層ａに結合し、コア層ａ中を導放光PBとして伝播する。導波光PBはコア層ａに形成されている凹凸によって回折されるが、その一部は積層導波路ホログラムメモリ１上に配置されたマスク３によって遮断される。光検出器５上のホログラム再生画像は、マスク３に開けられた開口部４を透過した回折光ＤＢによって形成される。光検出器５で取り込まれたホログラム再生画像は復号などの信号処理を経て、記録されている情報を読み出すことができる。

ここで、図１の断面図に示すとおり、マスク３の開口部４を複数開けると、光検出器５上で複数のホログラム再生画像が形成される。このとき、複数のホログラム再生画像が光検出器５上で重なることなく形成され、さらに全てのホログラム再生画像が光検出器５に収まる大きさの場合には、複数のホログラム再生画像に対して一度に復号などの信号処理を行うことが可能となる。図１の上面図では６つの開口部４から独立したホログラム再生画像が重ならないように再生されている様子を示している。すなわち、光検出器５は６つのホログラム再生画像を一度に取り込むことになる。
なお、複数のホログラム再生画像が光検出器５上で重なったとしても、重なって形成された画像が意味のある画像となっている場合は、復号等の信号処理を経て記録されている情報を読み出すことができる。

図２及び図３は積層導波路ホログラムメモリ１と開口の配置を説明した図である（マスク機構は不図示）。積層導波路ホログラムメモリ１には２４開口分のホログラムが記録されており、図２に示す開口の位置から独立のホログラム再生画像が形成される。このとき、図２のように６つの開口からなる４種類の開口パターンを考える。
再生時には開口パターンを１組として、図３のように６つの開口を同時に開き６つのホログラム再生画像を光検出器５で取り込む。ただし、その６つの開口からのホログラム再生画像は光検出器５上で重ならないこととする。

こうすることにより、一度に複数の開口が開き、一度に複数のホログラム再生画像が光検出器５上で形成され、光検出器５から取り込まれたホログラム再生画像が復号などの信号処理を経て、記録されている情報が読み出される。
なお、開口パターンに属する全ての開口を同時に開く必要はなく、場合に応じて１つずつ開口を開いて情報を取り込んだり、３つの開口を同時に開いて情報を取り込んだりと、同時に開く開口の数を変えて情報を取り込んでもかまわない。

また、開口パターンに属する全ての開口からのホログラム再生像が、必ずしも光検出器５上で重ならないようにする必要はない。重なって意味のある画像が得られ場合は重なってもかまわないし、同時に開く開口からのホログラム再生像だけが光検出器５上で重ならないようにしてもよい。

次に積層導波路ホログラムメモリに情報を記録する方法を説明する。
図４は積層導波路ホログラムメモリに情報を記録する手順１００を説明した図である。まず記録する情報に対して、開口パターンを構成する開口に記録できる情報量の単位に分割する（ステップ１０１）。次に連続した最小単位の情報である記録単位に分割する（ステップ１０２）。
次に１つから複数の記録単位の情報から構成される開口単位の情報に組み合わせる（ステップ１０３）。次に開口毎の情報に対してホログラム再生画像中に発生するエラーを訂正するためのエラー訂正符号(ECC)の符号化や、精度よく情報を読み出すための記録符号化を行い、ホログラム再生画像の元画像を作成する（ステップ１０４）。

次に元画像に対してホログラムを生成する位相と振幅を計算し、位相と振幅を積層導波路ホログラムメモリ内で導波光を回折する凹凸の位置と大きさに変換するホログラム計算を行う（ステップ１０５）。最後に凹凸をホログラムメモリのコア層（コア層とフラッド層との境界面）に記録し（ステップ１０６）、ホログラムメモリが完成する。
ここで、１つの開口で表現できる情報量は、その開口から再生されるホログラム再生画像で表現できる情報量に一致する。したがって、開口単位の分割した情報量は、１つの開口で表現できる情報量、すなわち１つの開口から再生されるホログラム再生画像で表現できる情報量となる。

図５は積層導波路ホログラムメモリに情報を記録する際の、記録単位の分割と開口単位の分割を説明した図である。図５の（１）のシーケンシャル分割は、図に示す開ロパターン単位に分割した情報を、図に示す開口単位の情報量と同じ量の情報に順次分割し記録単位の情報とし、その記録単位の情報を順に各開口に割り当てて開口単位の情報とする。
図５の（２）のストライピング分割は、図に示す開ロパターン単位に分割した情報を、図に示す開口単位の情報量よりも小さな量の情報に順次分割して記録単位の情報とし、記録単位の情報を１ずつ順に開口に割り当てていき開口単位の情報とする。したがって、開口単位の情報は不連続な複数の記録単位の情報から構成される。

ここで各単位の情報量を考える。１つの開口で表現できる情報量をＣｕとする。また、積層導波路ホログラムメモリの１層を構成する開口パターンの数をＡｐ、開口パターンを構成する開口の数をＡｃとする。そのとき積層導波路ホログラムメモリ１層に記録できる情報量はＣｕ×Ａｐ×Ａｃとなる。したがって、開ロパターン単位に分割された情報量はＣｕ×Ａｃとなる。次に記録単位に分割した情報量は、（１）のシーケンシャル分割の場合は開口単位に分割された情報量、すなわち１つの開口で表現できる情報量Ｃｕに一致する。（２）のストライピング分割の場合、開口単位の情報を構成する記録単位の情報の数をＮとすると、記録単位に分割された情報量はＣｕ／Ｎとなる。

なお、分割の方法はホログラム再生画像を光検出器で取り込み信号処理する際に最適となる方法を選べばよい。たとえば、ホログラム再生画像の信号処理が１つのホログラム再生画像ずつ行われる場合は、シーケンシャル分割の方が計算コストが少なくなる可能性がある。また、複数のホログラム再生画像を並列に信号処理できる場合は、ストライピング分割で情報を記録することで、記緑単位に分割した情報を並列して読み出すことが出来るため、情報の再生が高速になる可能性がある。

なお、１層に表現できる情報が不足なく記録されていれば、記録する情報の分割の方法は説明した以外の方法でもよく、また分割するときの情報量、開口に割り当てる順序は異なってもかまわない。
以上説明したように、複数の開口からホログラム再生画像を同時に取り込むことで、開口の開閉の切り替え回数を減らすことができ、高速に情報を読み出すことが可能となる。
また、情報の分割の方法や開口からの情報の読み出し順を変えることで、信号処理の順序に応じた最適な読み出しが可能となる。

（第２実施形態）
次に、本発明の第２実施形態について、図面を参照して説明する。
図６は本発明の積層導波路ホログラムメモリと開口の配置を示した図である（マスク機構等は図示してない）。ここで開口の大きさ以下のゴミや傷等の欠陥が１つだけ媒体表面上に存在したとする。そのとき、ゴミや傷等の欠陥によって開口を透過する回折光が遮られたり乱れたりし、情報の読み出しに失敗する場合がある。これを回避する方法として、情報を積層導波路ホログラムメモリ上の異なる開口に位置する部分に冗長に記録しておき、読み出しエラーがあった場合にその他の開口から読み出すことを行う方法がある。

そこで、ゴミや傷等の欠陥の影響による読み出しエラーを回避する方法として、複数の開口を１組として情報を冗長に記録することを考える。図６のように６つの開口を１組の開ロパターンとし、１層当たり４つの開口パターンが存在することとする。
また、同じ開口パターンに属する開口は必ず隣り合わないように配置する。そのとき、開ロパターン毎に考えると、ゴミや傷等の欠陥の大きさが開口の大きさ以下であれば、このゴミや傷等の欠陥が影響する範囲は高々１開口の領域となる。従って、開ロパターン内では最大で１開口の読み出しエラーが存在す
る。このエラーを次の方法により訂正する。

図７は図６のようなゴミや傷等の欠陥があった場合の読み出しエラーを訂正する方法を説明する図である。今６つの開口により開口パターンを構成しており、その中で情報を記録する開口とエラーを訂正するための情報を記録する開口に分ける。たとえば、５つの開口に情報を記録し、残りの１つの開口に５つの開口に記録した情報のパリティを記録する。そうすることで、情報が記録されている１つの開口に読み出しエラーが生じた場合、その他の４つの情報が記録されている開口か読み出された情報と、パリティが記録されている開口から読み出されたパリティを用いて、エラーが生じた開口に記録されている情報を復元することができる。

また、図７では情報の復元をパリティで実現したが、リードソロモン符号などのエラー訂正符号を用いて情報を符号化し記録し、エラー訂正を行ってもかまわない。
また、ゴミや傷等の欠陥がマスク上に存在している場合も同様の方法でエラーを回避できる。
また、ごみが開口の大きさ以上になった場合には、同一の開口パターン内でゴミや傷の影響する範囲が高々１開口となるように、同一の開口パターンに属する開口を配置することで図７の方法で情報を復元できる。

たとえば開口の数が全部で６×６の２４個あるならば、縦・横に２つおきの全４開口を１つの開口パターンに属する開口とすれば、同一の開口パターン内で大きさが開口２つ分のゴミや傷の影響する範囲を高々１開口とすることができる。ただし、記録できる情報の量は開口パターンに属する開口の数に依存し、開口パターンに属する開口の配置と数は全部の開口の数に依存することに注意が必要である。
また、ゴミや傷の影響する範囲が開ロパターン内で２つ以上の開口になる場合、エラー訂正符号を用いて、冗長度を高くすることでエラーを訂正することができる。

図８はパリティを設ける場合の情報の記録手順２００を説明した図である。まず記録する情報に対して、開口パターンを構成する開口に記録できる情報量の単位に分割する（ステップ２０１）。このとき、情報量はゴミや傷等の欠陥のエラーを回避するための情報を記録する開口を除いた開口に記録できる量とする。
次に、連続した最小単位の情報である記録単位に分割する（ステップ２０２）。次に１つから複数の記録単位の情報から構成される開口単位の情報に割り当てる（ステップ２０３）。このとき、エラーを回避するための情報を記録する開口を除いた開口に情報を割り当てるように分割する。

次に分割した情報からパリティ情報を作成する（ステップ２０４）。次に分割した情報とバリティ情報を開口毎にECC符号化や記録符号化し、ホログラム再生画像の元画像を作成する（ステップ２０５）。
次に元画像に対してホログラムを生成する位相と振幅を計算し、位相と振幅を積層導波路ホログラムメモリ内で導波光を回折する凹凸の位置と大きさに変換するホログラム計算を行う（ステップ２０６）。最後に凹凸を積層導波路ホログラムメモリのコア層（コア層とクラッド層との境界面）に記録し（ステップ２０７）、積層導波路ホログラムメモリが完成する。

図９はパリティを設けて記録した情報を再生する手順３００を説明した図である。まず、読み出した情報が記録されている開口パターンに属する開口を開く（ステップ３０１）。次に光検出器を用いて各開口からのホログラム再生画像を取り込む（ステップ３０２）。各ホログラム再生画像を復号し記録されている情報を取り出す（ステップ３０３）。このとき復号した結果にエラーがなければ、開口毎に分割して記録した情報を統合し（ステップ３０６）、情報の再生を完了する。
もし、ある開口から取り込んだホログラム再生画像を復号した結果がエラーならば、パリティ情報を用いてエラーのあった開口の情報を復元する（ステップ３０５）。このとき、エラーの検出は開口毎に行うエラー訂正符号の復号時に行うことができる。すなわちエラー訂正符号の復号に失敗した場合はエラーとする。

なお、パリティ情報が記録されている開口のホログラム再生画像は、エラーが発生してから取り込んで復号してもかまわないし、その他の開口の情報と同時に取り込んで復号してもかまわない。
また、開口を開くときに開口パターンに属する全ての開口を全て同時に開く必要はない。必要に応じて開く開口の数と順番を変えてかまわない。

また、リードソロモン符号などのエラー訂正符号を用いる場合は、あらかじめ記録する情報にエラー訂正符号の符号化を行い、図４で示した方法で積層導波路ホログラムメモリを作成し、開口パターンに属する全ての開口からのホログラム再生画像を復号し、復号結果を用いてあらかじめ記録する情報に対して符号化したエラー訂正符号を復号することで、エラーを訂正できる。このとき、訂正できるエラーの量はあらかじめ記録する情報に符号化するエラー訂正符号の性能によって決まる。

以上説明したように、開口パターンに属する開口に対して、ゴミや傷等の欠陥の影響が高々１開口ならば、開口パターンに属するその他の開口の情報とバリティ情報からエラーのあった開口の情報を復元することができる。

本発明の第１実施の形態に係る積層導波路ホログラムメモリとその再生装置の一部の構成を示す図。 積層導波路ホログラムメモリと開口の配置を示す説明図。 積層導波路ホログラムメモリと開口の配置を示す説明図。 積層導波路ホログラムメモリに情報を記録する手順を示すフローチャート。 積層導波路ホログラムメモリに情報を記録する際の、情報の記録単位の分割と開口単位の分割を示す説明図。 本発明の第２実施形態に係る積層導波路ホログラムメモリと開口の配置を示す説明図。 積層導波路ホログラムメモリに記録する情報にパリティを付加する方法と、誤り情報を復元する方法を示す説明図。 積層導波路ホログラムメモリに記録する情報にパリティを設ける場合情報の記録手順を示すフローチャート。 積層導波路ホログラムメモリにパリティを設けて記録した情報を再生する手順を示すフローチャート。 積層導波路ホログラムメモリの原理を示す説明図。 データ多重型の積層導波路ホログラムメモリの原理を示す説明図。 ホログラム再生画像の例を示す説明図。

符号の説明

１、１’…積層導波路ホログラムメモリ、２、２’…レンズ、３、３’…マスク、４、４’開口部、５、５’…光検出器、

Claims (7)

1. 導波路とホログラム再生画像の結像面の間にある面に複数並んで配置された開口を通り、各開口から独立したホログラム再生画像が結像するように複数の独立なホログラムデータを書き込んだ、スラブ型シングルモード導波路から成る積層導波路ホログラムメモリにおいて、
   ２つ以上の開口を１組とした開口パターンを構成し、記録する情報を開ロパターン毎に分割し、該分割した情報をさらに開口パターンに属する開口単位に記録し、
   前記開口パターンに記録する情報について、該記録する情報に誤りがあった場合に、該誤りを訂正するための情報を該記録する情報から作成し、該記録する情報と該誤りを訂正する情報を１組として開口パターンに属する開口に記録する
   ことを特徴する積層導波路ホログラムメモリ。
2. 請求項１記載の積層導波路ホログラムメモリにおいて、
   積層導波路ホログラムメモリの表面に欠陥があった時に、前記誤りを訂正する情報を用いて誤りを訂正する場合に、開口パターンに属する開口に対する欠陥の影響が高々１開口となるように同一の開口パターンに属する開口を離して配置し、その範囲で誤りを訂正することを特徴とする積層導波路ホログラムメモリ。
3. 請求項１または２に記載の積層導波路ホログラムメモリにおいて、
   前記開口パターンに属する少なくても２つ以上の開口からのホログラム再生画像が光検検出器上で同時に再生できるように開口パターンに情報を記録することを特徴とする積層導波路ホログラムメモリ。
4. 請求項３に記載の積層導波路ホログラムメモリから開口を選択して記録している情報を読み出す再生装置において、
   同一の開口パターンに属する２つ以上の開口を一度に開き、光検出器上に再生された２つ以上のホログラム再生画像から同時に情報を読み出し、記録情報を再生することを特徴とするホログラム再生装置。
5. 開口パターンに属するある開口から読み出された情報に誤りがあった場合に、該開口パターンのその他の開口に記録されている記録情報と誤りを訂正する情報を用いて、該誤りがあった情報を訂正することを特徴とする請求項４記載のホログラム再生装置。
6. 導波路とホログラム再生画像の結像面の間にある面に複数並んで配置された開口を通り、各開口から独立したホログラム再生画像が結像するように複数の独立なホログラムデータを書き込む、スラブ型シングルモード導波路から成る積層導波路ホログラムメモリの情報記録方法であって、
   ２つ以上の開口を１組とした開口パターンを構成し、記録する情報を開ロパターン毎に分割し、該分割した情報をさらに開口パターンに属する開口単位に記録し、
   前記開口パターンに記録する情報について、該記録する情報に誤りがあった場合に、該誤りを訂正するための情報を該記録する情報から作成し、該記録する情報と該誤りを訂正する情報を１組として開口パターンに属する開口に記録する
   ことを特徴する情報記録方法。
7. 積層導波路ホログラムメモリの表面に欠陥があった時に、前記誤りを訂正する情報を用いて誤りを訂正する場合に、開口パターンに属する開口に対する欠陥の影響が高々１開口となるように同一の開口パターンに属する開口を離して配置し、その範囲で誤りを訂正することを特徴とする請求項６に記載の情報記録方法。

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